水下柔性軟管垂直焊接鋪設(shè)工藝的應(yīng)用

宋昊政 張 楊 羅 潔 張繼旭 吳健行

（深圳海洋工程技術(shù)服務(wù)有限公司，廣東 深圳 518000）

0 引言

在海洋油氣工程中，柔性軟管連接水下管匯、基盤與上部的油輪（FPSO）、CEP 平臺(tái)等，用以輸送油氣，是水下生產(chǎn)系統(tǒng)的“生命線”[1]。軟管鋪設(shè)工藝分為垂直鋪設(shè)和水平鋪設(shè)，通常淺水采用水平鋪設(shè)，深水采用垂直鋪設(shè)，垂直鋪設(shè)對(duì)鋪設(shè)設(shè)備和軟管自身側(cè)向抗擠壓能力要求較高[2]。受限于軟管長度，倒纜、運(yùn)輸會(huì)分段進(jìn)行，在安裝、鋪設(shè)過程中需要對(duì)軟管段進(jìn)行連接，常用的方法有外卡式法蘭連接、標(biāo)準(zhǔn)法蘭連接好接頭焊接連接[3]，該文研究項(xiàng)目采用海上接頭焊接形式連接軟管。根據(jù)以往項(xiàng)目實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，為了安全下放軟管接頭，需要通過加大鋪設(shè)甩彎來避免接頭與軟管管體結(jié)合部在下放時(shí)面臨的過彎問題。研究項(xiàng)目水深近100m，不適用該方法，因此使用垂直焊接方式，取消長接頭從水平姿態(tài)到下水姿態(tài)的“翻身”操作，進(jìn)而避免了軟管過彎失效。

1 工程概述

南海西部某項(xiàng)目新建一整套水下生產(chǎn)系統(tǒng)，包括采油樹、生產(chǎn)管匯、跨接管飛線、柔性軟管及臍帶纜系統(tǒng)，采出天然氣通過水下生產(chǎn)系統(tǒng)回輸至已建CEP 平臺(tái)上，作業(yè)區(qū)域水深91m~94m。

水下鋪設(shè)一條由CEP 平臺(tái)到管匯長約8.9km 的8 寸柔性軟管，軟管分為4 段，以滾筒形式交付，卷纜盤進(jìn)行存儲(chǔ)，每段長度2220.5m，中間采用垂直焊接方式將3 處中間接頭進(jìn)行連接。每段軟管均安裝6 組陽極，共24 組，鋪設(shè)方向由CEP 平臺(tái)至水下管匯，軟管回接均使用旋轉(zhuǎn)法蘭連接，柔性軟管總體布局設(shè)計(jì)如圖1 所示。

圖1 柔性軟管總體布局圖

2 軟管連接垂直焊接方法

2.1 甲板軟管移動(dòng)路由設(shè)計(jì)

為了實(shí)現(xiàn)在軟管鋪設(shè)船舶上進(jìn)行軟管接頭的垂直焊接，需要對(duì)甲板布置進(jìn)行合理設(shè)計(jì)，軟管采用水平鋪設(shè)加垂直下放的方式來進(jìn)行。為提高鋪設(shè)效率，軟管采用卷纜盤加2 個(gè)張緊器和2 個(gè)入水橋的方式來倒纜，如圖2 所示。卷纜盤前15Te 張緊器通過夾緊力來控制倒纜速度，50Te張緊器支撐底座前后增加2 個(gè)入水橋，實(shí)現(xiàn)管纜的導(dǎo)向功能，幫助軟管姿態(tài)由水平變?yōu)榇怪薄?/p>

圖2 垂直焊接鋪設(shè)軟管走向圖

表1 柔性軟管參數(shù)表

通過甲板布置圖，船尾處空間狹窄，無法將軟管臨時(shí)懸掛在船尾并進(jìn)行焊接作業(yè)，因此將在終端入水橋下方設(shè)計(jì)增加1 個(gè)垂直焊接和軟管懸掛的工作平臺(tái)，如圖3所示，為軟管鋪設(shè)過程中接頭焊接和臨時(shí)懸掛提供作業(yè)空間。

圖3 垂直焊接工作平

2.2 軟管段首、末端臨時(shí)焊接固定

相連軟管段首、末端的臨時(shí)焊接固定如圖4 所示。軟管首端初始化時(shí)，需要在軟管首端預(yù)留連接索具。連接完后，軟管開始正常鋪設(shè)，直至末端離開卷纜盤時(shí)，張緊器緩慢下放軟管，吊機(jī)將軟管末端慢慢提起，同時(shí)背張絞車帶1Te 左右的背張力跟隨，輔助下放。軟管末端接頭接近15t 張緊器時(shí)，張緊器打開，隨后由50t 張緊器下放軟管，背張絞車跟隨。當(dāng)軟管末端接頭即將接近50Te 張緊器時(shí)，停止放管。背張絞車背張，張緊器卸力。打開50Te 張緊器，吊機(jī)緩慢提起軟管，使軟管變?yōu)榇怪弊藨B(tài)。軟管到達(dá)垂直焊接工作平臺(tái)后，甲板人員拆除軟管拖拉網(wǎng)套及所有索具。軟管首端下放90m 后，通過ROV 水下輔助連接配重塊。完成連接后，繼續(xù)下放軟管，直至第一段軟管末端接頭的卡槽就位。50Te 和15Te 張緊器關(guān)閉并夾緊，甲板人員準(zhǔn)備第一段和第二段端頭陽極，完成軟管附件的安裝和電阻導(dǎo)通性測(cè)試后，在懸掛平臺(tái)完成軟管末端的固定。吊機(jī)和絞車配合重復(fù)上述操作，將第二段軟管首端通過15Te 及50Te 張緊器牽引至第一段末端上方并對(duì)齊。當(dāng)軟管張力大時(shí)，可使用工作平臺(tái)絞車連接索具或設(shè)置對(duì)中抱卡的方式以輔助軟管對(duì)齊。如遇臺(tái)風(fēng)等惡劣天氣時(shí)，可使用應(yīng)急預(yù)制拖拉頭在末端進(jìn)行焊接，應(yīng)急拖拉頭上應(yīng)預(yù)留濕存打撈索具，然后擇機(jī)回收拆除該拖拉頭后繼續(xù)正常作業(yè)。

圖4 相連軟管段首、末端臨時(shí)焊接固定

2.3 軟管接頭焊接

軟管接頭焊接前通過倒鏈以確保2 條軟管首末端中心對(duì)準(zhǔn)，如果已安裝對(duì)中抱卡，也可通過抱卡完成軟管端頭對(duì)準(zhǔn)。另外，焊接前需要確保軟管上連接的拖拉網(wǎng)套及所有索具已移除，檢查兩端端頭處，使端頭保持清爽。焊接方法采用手工鎢極氣體保護(hù)焊，嚴(yán)格按照項(xiàng)目制定的WPS（Welding Procedure Specification）進(jìn)行，特別是母材表面必須去除油漆、油及銹等對(duì)焊接有害的物資，焊接接頭外表面兩側(cè)要求打磨干凈至少25mm，內(nèi)表面要求使用丙酮清洗。根部打底時(shí)背部充氬氣的氧氣濃度不能超過0.1%。預(yù)熱方法采用烤把，預(yù)熱/層間溫度檢測(cè)位置靠近焊道，嚴(yán)格控制層間溫度，使用測(cè)溫儀進(jìn)行檢測(cè)。在焊接過程中，對(duì)坡口邊上的開孔處往內(nèi)部充氬氣進(jìn)行保護(hù)。焊接完成后進(jìn)行MT 檢測(cè)（Magnetic Testing，MT）、PT 檢測(cè)（Penetrant Testing，PT）以及防腐刷漆。

3 軟管鋪設(shè)方案

3.1 軟管首端入水

作業(yè)船舶到達(dá)CEP 平臺(tái)側(cè)區(qū)域后進(jìn)行DP 測(cè)試定位校準(zhǔn)以及ROV 濕測(cè)、鋪設(shè)預(yù)調(diào)查等準(zhǔn)備工作。甲板人員將10Te 絞車鋼絲繩牽引至卷纜盤，與軟管上布置的拖拉網(wǎng)套相連。先后打開15Te 及50Te 張緊器，在初始化絞車的協(xié)助下，吊機(jī)提拉軟管首段拖拉頭，進(jìn)行軟管首端初始化。軟管倒纜方向?yàn)轫槙r(shí)針，15Te 張緊器開始正常倒管，倒管速度將維持在3~4m/min，設(shè)備人員需要持續(xù)監(jiān)控2 臺(tái)張緊器的同步問題，確保軟管的安全。下放過程中將會(huì)對(duì)軟管管體的3 點(diǎn)鐘和9 點(diǎn)鐘方向做記號(hào)，同時(shí)記錄張緊器讀數(shù)，在倒管作業(yè)時(shí)校核放纜長度。軟管拖拉頭到達(dá)垂直焊接工作平臺(tái)后，同步移船至首端配重塊濕存地點(diǎn)，2 臺(tái)張緊器關(guān)閉并夾緊，絞車鋼絲繩輔助將首段軟管首端拖拉頭移除，安裝12 寸收球筒和單向閥，球筒拖拉頭處預(yù)留1 套后續(xù)連接配重塊索具。完成后，將2 臺(tái)張緊器打開，根據(jù)安裝速度控制夾緊力，緩慢下放軟管。甲板人員完成對(duì)軟管4 對(duì)限彎器及3 對(duì)陽極的安裝后，拆除首段軟管首端拖拉頭，連接收球筒。連接完后，開始正常鋪設(shè)軟管。當(dāng)軟管釋放80m 后，ROV 人員保持關(guān)注，進(jìn)行水下監(jiān)測(cè)并輔助連接。ROV 連接球筒索具與臨時(shí)配重，如圖5 所示。連接配重塊后，作業(yè)船將沿著路由圖繼續(xù)下放軟管，直至軟管末端到達(dá)垂直焊接工作平臺(tái)。甲板人員準(zhǔn)備末端陽極，準(zhǔn)備拆除軟管拖拉網(wǎng)套及所有索具，直至第一段軟管末端接頭的卡槽就位。50Te 和15Te 張緊器關(guān)閉并夾緊，甲板人員準(zhǔn)備第一段和第二段端頭陽極，測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)為使用萬用表分別測(cè)試陽極與接頭間電阻，要求電阻小于等于0.1Ω。如果測(cè)試不合格，需要檢查并調(diào)整陽極塊直至測(cè)試合格。完成軟管附件的安裝和電阻連續(xù)性測(cè)試后，在懸掛平臺(tái)完成軟管末端的固定。吊機(jī)和絞車配合重復(fù)上述操作，將第二段軟管首端通過15Te 及50Te 張緊器牽引至第一段末端上方并對(duì)齊。

圖5 軟管首端下放至濕存點(diǎn)

3.2 軟管鋪設(shè)與中間接頭入水

主作業(yè)船沿設(shè)計(jì)路由進(jìn)行軟管鋪設(shè)。當(dāng)首段軟管鋪設(shè)到末端時(shí)，將軟管末端接頭與下段軟管首端接頭進(jìn)行焊接，完成軟管段連接。完成2 段軟管焊接后，張緊器開始受力夾緊，將荷從懸掛平臺(tái)轉(zhuǎn)移至張緊器。觀察張緊器讀數(shù)，甲板人員解除懸掛卡子。移除后卷纜盤開始回收軟管，直至甲板人員可能在工作平臺(tái)處操作，提起軟管大約1.5m高度后，需要在軟管首、末端處安裝陽極并通過導(dǎo)通性測(cè)試。中間接頭完成陽極安裝后，下放中間接頭。同步移船將中間接頭下放至海床，重復(fù)中間接頭下放的步驟，完成另外2 段軟管接頭的下放。

3.3 軟管清管與末端濕存

進(jìn)行軟管末端處理時(shí)，末端拖拉頭連接絞車鋼絲繩，使用甲板小車將末端移送至甲板處，吊機(jī)連接軟管末端索具并開始受力。打開2 臺(tái)張緊器，吊機(jī)完全受力后提起軟管末端到工作平臺(tái)。吊機(jī)緩慢下放，甲板人員安裝末端陽極與限彎器，并需要通過測(cè)試。完成后，按照中間接頭在工作臺(tái)固定的方式，將最后一段軟管末端牽引至船尾懸掛平臺(tái)上方，拆除末端拖拉頭并安裝發(fā)球筒，進(jìn)行軟管注淡水及通球清管[4]，完成后拆除發(fā)球筒后重新安裝末端拖拉頭并打好對(duì)應(yīng)安裝扭矩。

在軟管末端濕存前，拖拉頭需要配置好連接配重塊索具。末端連接配重塊在距離管匯約50m 附近，吊機(jī)提起軟管末端下放，軟管觸泥后ROV 拆除吊機(jī)連接，并將末端拖拉頭連接至配置塊，完成軟管末端濕存，所有鋪設(shè)作業(yè)后進(jìn)行后調(diào)查。

4 結(jié)語

和水平焊接相比，柔性軟管的垂直焊接鋪設(shè)工藝節(jié)約了甲板空間，對(duì)主作業(yè)船甲板面積要求降低。不需要軟管接頭處的“翻身”操作，規(guī)避了焊接接頭硬管、軟管連接處的過彎風(fēng)險(xiǎn)，簡化操作流程，提高了作業(yè)效率。船尾空間的合理應(yīng)用，通過設(shè)計(jì)工作平臺(tái)，不僅能將軟管懸掛，還能確保其穩(wěn)定性，可以有效提高焊接效率，減少焊接時(shí)間。

垂直焊接工作的難度體現(xiàn)在如果無特制對(duì)中固定設(shè)備，卡固對(duì)中效率較低、難度較大，建議采用垂直焊接工藝的項(xiàng)目可以提前預(yù)制兩半式夾緊拖拉頭，實(shí)現(xiàn)垂向和橫向起吊軟管接頭，幫助焊接組對(duì)。